DE3877902T2

DE3877902T2 - Elektronenquelle mit mikrospitzen-emissionskathoden und diese quelle benutzende bildwiedergabe-anordnung, die auf durch feldemission angeregter kathodolumineszenz beruht.

Info

Publication number: DE3877902T2
Application number: DE8888402742T
Authority: DE
Inventors: Michel Borel; Jean-Francois Boronat; Robert Meyer; Philippe Rambaud
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1987-11-06
Filing date: 1988-11-02
Publication date: 1993-07-15
Anticipated expiration: 2008-11-03
Also published as: JPH01154426A; FR2623013A1; US4940916B1; KR890008886A; EP0316214A1; EP0316214B1; JPH07118259B2; DE3877902D1; US4940916A; KR970005760B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Elektronenquelle mit Emissionskathoden mit Mikrospitzen und eine diese Quelle benutzende Anzeigevorrichtung mit Kathodenlumineszenz, die durch Feldemission angeregt wird.
Die Erfindung findet Anwendung insbesondere bei der Herstellung von einfachen Anzeigen, die die Abbildung unbeweglicher Bilder gestatten, und bei der Herstellung von gemultiplexten komplexen Anzeigeschirmen, die die Abbildung bewegter Bilder, beispielsweise von der Art der Fernsehbilder, gestatten.
Durch die französische Patentanmeldung nº8601024 von 24. Januar 1986 (Patent FR-A-2593953) ist bereits eine Anzeigevorrichtung mit Kathodenlumineszenz bekannt, die durch Feldemission angeregt wird, die eine Elektronenquelle mit Emissionskathoden mit Mikrospitzen enthält. In der zitierten Patentanmeldung wird ebenso ein Herstellungsverfahren für die Anzeigevorrichtung beschrieben.
Die in dieser bekannten Vorrichtung benutzte Elektronenquelle ist in Abb. 1 schematisch dargestellt. Wie zu sehen ist, hat diese Quelle eine Matrixstruktur und enthält unter Umständen auf einem Substrat 2, beispielsweise aus Glas, eine dünne Schicht von Siliciumdioxid 4. Auf dieser Siliciumdioxidschicht 4 ist eine Vielzahl von Elektroden 5 in Form von Streifen oder leitenden parallelen Schichten 6 ausgebildet, die die Rolle von Kathodenleitern spielen und die Spalten der Matrixstruktur bilden. Diese Kathodenleiter 5 werden von einer elektrisch isolierenden Schicht 8, beispielsweise aus Siliciumdioxid, bedeckt, ausgenommen an den zur Polung der Leiter vorgesehenen Anschlußenden 19 dieser Leiter 5. Über dieser Schicht 8 ist eine Vielzahl von Elektroden 10, ebenfalls in Gestalt von leitenden parallelen Streifen, ausgebildet. Diese Elektroden 10 sind senkrecht zu den Elektroden 5, spielen die Rolle von Gittern und bilden die Zeilen der Matrixstruktur.
Die bekannte Quelle enthält ebenso eine Vielzahl von elementaren Elektronenquellen (Mikrospitzen), von denen ein Exemplar 12 in Abb. 2 schematisch dargestellt ist: In jeder der Überkreuzungszonen der Kathodenleiter 5 und der Gitter 10 ist die Schicht 6 des Kathodenleiters 5, die dieser Zone entspricht, mit einer Vielzahl von Mikrospitzen 12, beispielsweise aus Molybdän, versehen, und das dieser Zone entsprechende Gitter 10 enthält eine Öffnung 14 gegenüber jeder der Mikrospitzen 12. Von diesen hat jede in etwa die Form eines Kegels, dessen Basis auf der Schicht 6 ruht und dessen Scheitel sich auf der Höhe der entsprechenden Öffnung 14 befindet. Die isolierende Schicht 8 ist selbstverständlich ebenfalls mit Öffnungen 15 versehen, die den Durchtritt der Mikrospitzen 12 gestatten.
In Abb. 1 kann ebenso festgestellt werden, daß in Hinblick auf das in der weiter oben erwähnten Patentanmeldung beschriebene Verfahren aus Gründen der einfachen Herstellung die Gitter sowie die isolierende Schicht 8 vorzugsweise auch anderswo als in den Überkreuzungszonen mit Öffnungen versehen sind, wobei eine Mikrospitze jeder dieser Öffnungen zugeordnet ist.
Ohne Beschränkung, nur zur Unterrichtung hat jede Schicht 6 eine Dicke der Größenordnung 0,2 um, die elektrisch isolierende Schicht 8 hat eine Dicke der Größenordnung 1 um, jedes Gitter hat eine Dicke der Größenordnung 0,4 um, jede Öffnung 14 hat einen Durchmesser der Größenordnung 1,3 um und die Basis jeder Mikrospitze hat einen Durchmesser der Größenordnung 1,1 um.
Die bekannte Vorrichtung enthält ferner einen Anzeigeschirm E, der eine Kathodenlumineszenz-Anode 16 umfaßt, die gegenüber den Gittern und parallel zu diesen angeordnet ist.
Wenn die bekannte Vorrichtung in Vakuum gebracht wird, während durch Steuereinrichtungen 20 ein Gitter auf ein Potential beispielsweise der Größenordnung 100 V bezogen auf einen Kathodenleiter gebracht wird, dann emittieren die in der Überkreuzungszone dieses Gitters und des Kathodenleiters gelegenen Mikrospitzen Elektronen. Die Anode 16 wird vorzugsweise durch Einrichtungen 20 auf ein Potential gleich dem oder größer als das der Gitter gebracht. Insbesondere kann sie auf Masse gelegt werden, wenn die Gitter auf Masse liegen oder negativ gegenüber der Masse gepolt sind.
Die Anode wird dann von den Elektronen getroffen und emittiert deshalb Licht. Jede Überkreuzungszone, die beispielsweise 10&sup4; bis 10&sup5; elementare Quellen pro mm² enthält, entspricht so einem Lichtpunkt auf dem Anzeigeschirm.
Die bekannte Elektronenquelle macht ein Problem: Es wurde festgestellt, daß während des Betriebs dieser Vorrichtung, insbesondere während des Einschaltens und der Stabilisierungsperiode, örtliche Gasentwicklungen auftreten, die elektrische Bögen zwischen verschiedenen Elementen der Vorrichtung (Spitzen, Gitter, Anoden) erzeugen können. In diesem Fall gibt es keine Möglichkeit, den Strom in den Kathodenleitern zu begrenzen. Es handelt sich um ein Überlastungssphänomen, in dessen Verlauf der Strom anwächst und in einem bestimmten Augenblick seine Stärke größer wird als die maximale Stärke Io des elektrischen Stromes, den die Kathodenleiter aushalten können. Gewisse dieser Leiter werden dann zerstört und funktionieren teilweise oder insgesamt nicht mehr, je nach dem Ort der Zerstörung (Durchbrennen).
Die bekannte Elektronenquelle ist also empfindlich und besitzt deshalb eine begrenzte Lebensdauer.
Um die Stärke des elektrischen Stromes in den Kathodenleitern zu begrenzen, könnte man in Serie zu jedem Kathodenleiter einen elektrischen Widerstand schalten, der einen genügend großen Wert hat, um die Stromstärke unter der Durchbrennstromstärke dieses Kathodenleiters zu halten.
Wegen Problemen der Reaktionszeit können diese Widerstände nur mit Elektronenquellen -insbesondere bestimmt zur Herstellung von Anzeigevorrichtungen- verringerter Größe, Komplexität und funktioneller Möglichkeit verwendet werden.
Daneben macht die bekannte Elektronenquelle ein anderes Problem, das durch Verwendung der vorher erwähnten Widerstände nicht lösbar ist.
Es wurde nämlich festgestellt, daß, wenn eine Mikrospitze der bekannten Quelle eine besonders günstige Struktur besitzt, sie einen sehr viel stärkeren Elektronenstrom emittiert als die anderen Mikrospitzen, was auf dem Anzeigeschirm E einen anomal hellen Punkt erzeugt, der einen inakzeptablen visuellen Defekt darstellen kann.
Die bekannte Elektronenquelle hat also einen anderen Nachteil: Die Anzeigevorrichtungen, die sie verwenden, können bedeutende punktförmige Helligkeitsinhomogenitäten besitzen.
Die vorliegende Erfindung gestattet, nicht nur dem oben erwähnten Nachteil der Empfindlichkeit abzuhelfen, sondern auch dem anderen Nachteil, was mit der die Widerstände benutzenden Quelle nicht der Fall war.
Sie hat zum Gegenstand eine Elektronenquelle, enthaltend
- erste parallele Elektroden, die die Rolle von Kathodenleitern spielen, wobei jeder Kathodenleiter eine elektrisch leitende Schicht enthält, von der eine Oberfläche eine Vielzahl von Mikrospitzen trägt, die aus einem Elektronen emittierenden Material hergestellt sind, und
- zweite parallele Elektroden, die die Rolle von Gittern spielen, wobei diese elektrisch von den Kathodenleitern isoliert sind und mit diesen einen Winkel bilden, der Überkreuzungszonen der Kathodenleiter und der Gitter festlegt, und die Mikrospitzen sich wenigstens in diesen Überkreuzungszonen befinden, wobei die Gitter ferner gegenüber besagten Oberflächen angeordnet sind und jeweils mit Löchern gegenüber diesen Mikrospitzen versehen sind, wobei sich der Scheitel jeder Mikrospitze in etwa auf der Höhe des ihr entsprechenden Lochs befindet, die Mikrospitzen jeder Überkreuzungszone zur Elektronenemission fähig sind, wenn das entsprechende Gitter positiv gegenüber dem entsprechenden Kathodenleiter gepolt ist, so daß ein elektrischer Strom in jeder Mikrospitze der Zone fließt,
wobei die Quelle dadurch gekennzeichnet ist, daß jeder Kathodenleiter ferner Einrichtungen enthält, die dazu vorgesehen sind, die Stärke des elektrischen Stromes, der in jeder Mikrospitze dieses Kathodenleiters fließt, zu begrenzen, wobei diese Einrichtungen eine zusammenhängende Widerstandsschicht enthalten, die auf die leitende Schicht des entsprechenden Kathodenleiters zwischen diese leitende Schicht und die entsprechenden Mikrospitzen aufgebracht ist, wobei die letzteren auf der Widerstandsschicht liegen.
Unter Widerstandsschicht wird eine Schicht mit elektrischem Widerstand verstanden.
Die Erfindung erlaubt, die Stärke des Stromes in jeder der Mikrospitzen jedes Kathodenleiters zu begrenzen, gestattet also um so mehr, die Stärke des im entsprechenden Kathodenleiter fließenden Stroms zu begrenzen.
Die Verwendung dieser Begrenzungseinrichtungen gestattet also, die Lebensdauer der Quelle zu erhöhen, indem die Gefahren der Zerstörung durch Durchbrennen, verursacht durch Überströme, minimiert werden, und die Homogenität der Elektronenemission der Quelle, folglich die Homogenität der Helligkeit der Anzeigeschirme der eine solche Quelle enthaltenden Anzeigevorrichtungen und damit die Fabrikationsausbeute solcher Vorrichtungen zu verbessern, indem die zu hellen Punkte, die von elementaren Elektronenquellen, die einen anomal hohen Strom liefern, herrühren, beträchtlich abgeschwächt werden.
Freilich ist durch das Dokument US-A-3789471 bereits eine Elektronenquelle mit Mikrospitzen bekannt, in der jede Mikrospitze eine Basis ("pedestal") enthält, die aus einem Widerstandsmaterial hergestellt ist. Die den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildende Quelle, bei der jede leitende Schicht ganz mit einer zusammenhängenden Widerstandsschicht bedeckt ist, bietet jedoch einen wichtigen Vorteil gegenüber dieser bekannten Quelle: Sie gestattet eine bessere Beseitigung der in den "aktiven" Bereichen des Widerstandsmaterials (Widerstandsbereiche, die zwischen den Mikrospitzen und den leitenden Schichten liegen) entwickelten thermischen Leistung , was der Quelle der vorliegenden Erfindung mehr an Unempfindlichkeit und Zuverlässigkeit gibt.
In der Quelle des oben erwähnten amerikanischen Dokuments erfolgt die Wärmeabfuhr einzig mittels der entsprechenden leitenden Schicht, während sie in der vorliegenden Erfindung nicht allein mittels dieser leitenden Schicht, sondern auch in seitlicher Weise, in der Widerstandsschicht (die den unter der Mikrospitze befindlichen aktiven Bereich der Widerstandsschicht umgibt) erfolgt.
Insbesondere in den Anwendungen von der Art des Flachbildschirms ist der Nominalstrom pro elementare Quelle unter 1 uA und liegt im allgemeinen zwischen 0,1 und 1 uA. Damit die Widerstandsschicht einen Einfluß auf die Homogenität der Emission und auf die insbesondere zwischen den Mikrospitzen und dem Gitter der Quelle sich möglicherweise bildenden Kurzschlüsse hat, ist es nötig, daß der Widerstand Ri, den diese Schicht unter den Mikrospitzen (elementare Elektronenquellen) erzeugt, einen Wert beispielsweise der Größenordnung 10&sup7; bis 10&sup8; Ω (entsprechend einem Spannungsabfall von 10 V in der Widerstandsschicht bei einem Strom der Größenordnung von 1 bis 0,1 uA pro elementare Quelle) hat.
Im Fall von Kurzschlüssen liegt die gesamte Spannung zwischen der leitenden Schicht und dem Gitter, die im allgemeinen von der Größenordnung 100 V ist, auch an den Polen des Widerstandsmaterials. Die in jedem aktiven Bereich freigesetzte thermische Leistung wird dann sehr hoch und kann von der Größenordnung (100)²/10&sup8; W, also 0,1 mW, in einem Volumen der Größenordnung 1 (um)³ (Volumen des aktiven Bereichs) sein.
Dank der besseren Möglichkeiten der Wärmeabfuhr, die sie bietet, ist die den Gegenstand der Erfindung bildende Quelle gegenüber der Quelle des weiter oben erwähnten amerikanischen Dokuments sehr vorteilhaft.
Die erfindungsgemäße Quelle kann eine Mehrzahl von zusammenhängenden Widerstandsschichten enthalten, die jeweils auf den leitenden Schichten der Quelle aufgebracht sind. Diese Mehrzahl von Schichten kann durch Ätzung zwischen den Kathodenleitern einer einzigen zusammenhängenden Widerstandsschicht erhalten werden.
Jedoch enthält die erfindungsgemäße Quelle vorzugsweise eine einzige zusammenhängende Widerstandsschicht, die die Gesamtheit der leitenden Schichten der Quelle bedeckt.
Jede leitende Schicht kann aus einem Material hergestellt sein, das in der Gruppe ausgewählt wird, die Aluminium, mit Antimon oder Fluor dotiertes Zinnoxid, mit Zinn dotiertes Indiumoxid und Niob enthält.
In einer besonderen Ausführungsform ist (sind) die Schicht(en) aus einem Material hergestellt, das in der Gruppe gewählt ist, die In&sub2;O&sub3;, SnO&sub2;, Fe&sub2;O&sub3;, ZnO und dotiertes Si umfaßt, und das einen spezifischen Widerstand hat, der höher als der des Materials ist, das die leitende Schicht bildet.
Vorzugsweise liegt der spezifische Widerstand der Widerstandsschicht zwischen etwa 10² Ω.cm und 10&sup6; Ω.cm.
Die Auswahl von Widerstandsmaterialien mit einem spezifischen Widerstand zwischen 10² Ω.cm und 10&sup6; Ω.cm und insbesondere zwischen 10&sup4; Ω.cm und 10&sup5; Ω.cm gestattet es, für eine Widerstandsschicht von 1 bis 0,1 um Dicke einen hohen Serienwiderstand, beispielsweise von der Größenordnung 10&sup8; Ω, unter jeder Mikrospitze zu erhalten, so daß eine gute Homogenisierung der Emission, eine gute Begrenzung der Überströme und eine gute thermische Ableitung im Fall von Kurzschlüssen erreicht wird. Das Silicium, das durch geeignete Dotierung gerade einen hohen spezifischen Widerstand von beispielsweise der Größenordnung 10&sup4; Ω.cm bis 10&sup5; Ω.cm haben kann, kann vorteilhaft als Widerstandsmaterial gewählt werden.
Die vorliegende Erfindung betrifft ebenso eine Anzeigevorrichtung mit Kathodenlumineszenz enthaltend
- eine Elektronenquelle mit Emissionskathoden mit Mikrospitzen, und
- eine Kathodenlumineszenz-Anode,
die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Quelle der erfindungsgemaßen Quelle entspricht.
Die vorliegende Erfindung ist besser zu verstehen beim Lesen der nun folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die allein zur Unterrichtung, ohne Begrenzung gegeben werden, unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen. Darin ist
- Abb.1 eine schematische Ansicht einer bekannten Elektronenquelle mit Emissionskathoden mit Mikrospitzen und wurde bereits beschrieben,
- Abb 2 ist eine schematische Ansicht einer elementaren Elektronenquelle dieser Quelle und wurde bereits beschrieben,
- Abb. 3 ist eine schematische Ansicht einer Elektronenquelle, die elektrische Widerstände enthält,
- Abb. 4 ist eine schematische Ansicht einer besonderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Quelle, die eine Mehrzahl von zusammenhängenden Widerstandsschichten benutzt,
- Abb. 5 stellt schematisch einen Schritt eines Herstellungsverfahrens der in Abb. 4 dargestellten Quelle dar, und
- Abb. 6 stellt schematisch einen Schritt eines Herstellungsverfahrens einer anderen besonderen Ausführungsform der Quelle der Erfindung dar.
Die vorliegende Erfindung wird unter Bezug auf Abb. 4 bis 6 in ihrer besonderen Anwendung auf Anzeigen beschrieben.
In Abb. 3 wurde schematisch eine Elektronenquelle dargestellt. Der einzige Unterschied zwischen ihr und der bekannten Quelle, die in Abb. 1 und 2 dargestellt ist, besteht darin, daß zu dieser bekannten Quelle elektrische Widerstände 18 des Wertes Ro hinzugefügt werden.
Genauer gesagt ist ein elektrischer Widerstand 18 mit geeignetem Wert Ro, der im folgenden angegeben wird, in Reihe mit jedem Kathodenleiter 6 geschaltet. Die bekannten Steuereinrichtungen 20, die es erlauben, die Gitter selektiv auf positive Potentiale, beispielsweise der Größenordnung 100 V, gegenüber den Kathodenleitern zu legen, sind elektrisch mit den Gittern und den Kathodenleitern verbunden, und die elektrische Verbindung zwischen diesen Einrichtungen 20 und jedem Kathodenleiter wird über einen elektrischen Widerstand 18 hergestellt. Dieser ist also mit dem Anschlußende 19 des entsprechenden Kathodenleiters (in Abb. 1 dargestelltes Ende) verbunden.
Der Wert Ro jedes dieser elektrischen Widerstände wird so berechnet, daß die maximale Stromstärke, die in dem Kathodenleiter fließen kann, unter der kritischen Stromstärke Io liegt, oberhalb derer Durchbrennen erfolgt. Dieser Wert Io hängt ab von der Ausdehnung und der Natur der Kathodenleiter. Er liegt immer weit über der dem Nennbetrieb der Kathodenleiter entsprechenden Stromstärke.
Anschließend wird ohne Beschränkung, allein zur Unterrichtung, ein Rechenbeispiel für den Wert Ro der elektrischen Widerstände gegeben: Die Kathodenleiter sind aus Indiumoxid und haben eine Breite von 0,7 mm, eine Dicke von 0,2 um, eine Länge von 40 mm und einen Quadratwiderstand von 10 Ω, so daß der elektrische Widerstand jedes Kathodenleiters einen Wert Rc von der Größenordnung 0,6kΩ hat. Der kritische Wert Io ist von der Größenordnung 10 mA, wobei die Stärke des Nominalstroms kleiner als oder gleich etwa 1 mA ist. Um eine vorgegebene Überkreuzungszone anzuregen, bringt man das entsprechende Gitter auf ein positives Potential U der Größenordnung 100 V gegenüber dem entsprechenden Kathodenleiter, wobei die Größe Ro + Rc größer als U/Io sein muß. Daraus folgt, daß der Wert Ro gleich ungefähr 10 kΩ genommen werden kann.
Die in Abb. 3 dargestellte Quelle, die elektrische Widerstände benutzt, ist aus Gründen der Reaktionszeit nur anwendbar auf Anzeigeschirme, deren Ausdehnung, Komplexität und funktionelle Möglichkeiten eingeschränkt sind.
Für eine gegebene Überkreuzungszone ist nämlich die Reaktionszeit des entsprechenden Kathodenleiters (Spalte) gleich der Aufladungszeit des Kondensators, der aus diesem Kathodenleiter, dem entsprechenden Gitter (Zeile) und der den Kathodenleiter und das Gitter trennenden isolierenden Schicht gebildet wird. Diese Aufladungszeit ist von der Größenordnung des Produkts aus Ladewiderstand Ro + Rc mit der Kapazität des betrachteten Kondensators.
Für eine Schicht 8 aus Siliciumdioxid von 1 um Dicke ist die Kapazität von der Größenordnung 4 nF/cm², und für einen Anzeigeschirm der Oberfläche 1 dm² und 256 Spalten und 256 Zeilen ist die Oberfläche einer Spalte von der Größenordnung 0,25 cm². Nimmt man für Ro + Rc einen Wert der Größenordnung 10&sup4; Ω, so erhält man eine Reaktionszeit t der Größenordnung 10 us.
Bei einer Frequenz von 50 Bildern pro Sekunde ist die Anregungszeit für eine Zeile bei einem solchen Anzeigeschirm 1/(50x256) Sekunden, also etwa 80 us.
In diesem Beispiel stellt die Reaktionszeit daher etwa 10% der Anregungszeit einer Zeile dar, was der maximal zulässige Grenzwert ist, wenn man Kopplungsphänomene vermeiden will. Diese Phänomene entsprechen der Tatsache, daß auf einer Spalte die Helligkeit eines Punktes vom Zustand des vorangehenden Punktes beeinflußt wird:
- Wenn der vorangehende Punkt hell ist, ist die Anregungszeit des Punktes gleich der Zeilenanregungszeit, da die Spalte bereits auf dem Emissionspotential ist.
- Wenn der vorangehende Punkt dunkel ist, ist die Anregungszeit des Punktes gleich der Zeilenanregungszeit minus der Aufladungszeit, da die Spalte auf das Emissionspotential gebracht werden muß.
Wenn die Aufladungszeit nicht gegenüber der Anregungszeit der Zeile vernachlässigbar ist (wenn sie beispielsweise größer als 10% der letzteren ist), ist der Kopplungseffekt sichtbar.
Die elektrische Widerstände benutzende Lösung ist also wenig befriedigend, wenn man entweder ein Fernsehbild guter Auflösung (das wenigstens 500 Zeilen und Graustufen enthält) oder Anzeigeschirme mit größerer Oberfläche (über 1 dm²) erzeugen will, da die Kapazität des Kondensators dann noch größer als vorher ist.
Das Problem der Reaktionszeit kann gelöst werden, wenn man die elektrischen Widerstände des Wertes Ro durch Widerstandsschichten ersetzt. Man begrenzt so den Strom in den Kathodenleitern und hat zugleich einen praktisch verschwindenden Zugangswiderstand zu diesen.
In Abb. 4 ist schematisch ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Quelle dargestellt, das es gestattet, dieses Problem der Reaktionszeiten und die weiter oben erwähnten Heterogenitäts- und Überstromprobleme zu lösen. Die in Abb. 4 schematisch dargestellte Quelle unterscheidet sich von der unter Bezug auf die Abb. 1 und 2 beschriebenen Quelle durch die Tatsache, daß in der bekannten Quelle, beschrieben unter Bezug auf diese Abb. 1 und 2, jeder Kathodenleiter 5 eine einfache elektrisch leitende Schicht 6 enthält, während in der erfindungsgemäßen Quelle, dargestellt in Abb. 4, jeder Kathodenleiter 5 eine erste elektrisch leitende Schicht 22 enthält, die auf der elektrisch isolierenden Schicht 4 liegt (wie die Schicht 6 der Abb. 1 bis 3), und eine zweite Widerstandsschicht 24, die über der leitenden Schicht 22 liegt und auf der die Basen der Mikrospitzen 12 des Kathodenleiters 5 liegen. In dem in Abb. 4 dargestellten Beispiel zeigt sich jeder Kathodenleiter der Quelle in Form eines Streifens mit zwei Schichten, wobei die Steuerungseinrichtungen 20 mit den leitenden Schichten 22 verbunden sind.
Die leitende Schicht 22 ist beispielsweise aus Aluminium. Die Widerstandsschicht 24 spielt die Rolle des Dämpfungswiderstandes zwischen der leitenden Schicht und den entsprechenden elementaren Quellen 12.
Die Widerstandsschicht, die allerdings einen größeren elektrischen Widerstand als die leitende Schicht haben muß, wird vorzugsweise mit Materialien hergestellt, die einen spezifischen Widerstand der Größenordnung 10² bis 10&sup6; Ω.cm besitzen und die verträglich sind mit dem Fabrikationsprozeß der Kathodenleiter (siehe insbesondere die Beschreibung von Abb. 5).
Um diese Widerstandsschicht 24 herzustellen, kann man beispielsweise als Materialien Indiumoxid In&sub2;O&sub3;, Zinnoxid SnO&sub2;, Eisenoxid Fe&sub2;O&sub3;, Zinkoxid ZnO oder dotiertes Silicium wählen, wobei man sich freilich versichert, daß das gewählte Material einen spezifischen Widerstand besitzt, der größer ist als der des zur Herstellung der leitenden Schicht gewählten Materials.
Der Vorteil der in Abb. 4 dargestellten Ausführungsform beruht unter anderem auf der Tatsache, daß sie es gestattet, die "Schutz"-Widerstände von der Art der Widerstände 18 der Abb. 3 zwischen die leitende Schicht und jede elementare Quelle zu "übertragen". Man erhält so eine bessere Reaktionszeit ohne merkliche Zunahme der Kosten für die Elektronenquelle.
Wenn man den spezifischen Widerstand der Widerstandsschicht und ihre Dicke passend wählt, dann kann man die Stromstärke in jedem Kathodenleiter auf einen Wert kleiner als oder gleich Io begrenzen, wobei man den Nominalstrom in diesem Kathodenleiter fließen läßt. Die Widerstandsschicht 24 garantiert also ebenfalls einen Schutz gegen die Gefahren des Durchbrennens.
Für einen gegebenen Kathodenleiter ist der Ladewiderstand der Widerstand der leitenden Schicht und entspricht so im Fall einer leitenden Schicht aus Aluminium einer Reaktionszeit, die bedeutend kleiner ist als eine Mikrosekunde, was es gestattet, komplexe Anzeigeschirme großer Ausdehnung zu schaffen.
Wie bereits gezeigt, gestattet die Verwendung der Widerstandsschicht, jeder elementaren Quelle einen mit Ri bezeichneten Widerstand zuzuordnen, was es dieser Widerstandsschicht erlaubt, darüber hinaus die Aufgabe der Homogenisierung für die Elektronenemission zu erfüllen. Wenn nämlich eine elementare Elektronenquelle einen zu hohen elektrischen Strom aufnimmt, läßt der von Ri herrührende Spannungsabfall die Spannung, die an dieser elementaren Quelle anliegt, absinken und bewirkt daher, daß der Strom abnimmt. So hat Ri einen Selbstregulierungseffekt auf den Strom. Jede anomale Helligkeit von Lichtpunkten wird also stark herabgesetzt.
Unter Benutzung von Abb. 5 soll nun erklärt werden, wie die unter Bezug auf Abb. 4 beschriebene Quelle herzustellen ist und, genauer, wie das Herstellungsverfahren für eine Elektronenquelle mit Emissionskathoden mit Mikrospitzen, das in der bereits zitierten französischen Patentanmeldung nº8601024 von 24. Januar 1986 angegeben ist, zu modifizieren ist, um die Überlagerung der leitenden Schicht und der Widerstandsschicht in jedem Kathodenleiter der Quelle zu erhalten.
So scheidet man beispielsweise auf einem Glassubstrat 2, das mit einem Siliciumdioxidfilm 4 von beispielsweise 100 nm Dicke bedeckt ist, durch Kathodenzerstäubung eine erste Schicht 22 aus Aluminium von 200 nm Dicke und vom spezifischen Widerstand 3.10&supmin;&sup6; Ω.cm ab und dann, ebenfalls durch Kathodenzerstäubung, auf dieser Aluminiumschicht eine zweite Schicht 24 aus Eisenoxid Fe&sub2;O&sub3; von 150 nm Dicke und vom spezifischen Widerstand 10&sup4; Ω.cm.
Die so abgeschiedenen zwei Schichten werden anschließend nacheinander, beispielsweise durch eine chemische Ätzung mit derselben Lackmaske, geätzt, um ein Netz von Streifen oder parallelen Kathodenleitern 5 mit der Länge 150 mm und der Breite 300 um zu erhalten, wobei der Zwischenraum zwischen zwei Streifen 5 50 um beträgt.
Ohne Beschränkung, allein zur Unterrichtung kann die Ätzung der Aluminiumschicht mit einem Bad ausgeführt werden, das 4 Volumenteile H&sub3;PO&sub4; von 85 Gew.-%, 4 Volumenteile reine CH&sub3;COOH, 1 Volumenteil HNO&sub3; von 67 Gew.-% und 1 Volumenteil H&sub2;O enthält, 6 Minuten lang bei Umgebungstemperatur für eine Aluminiumschicht von 200 nm Dicke, und die Ätzung der Fe&sub2;O&sub3;- Schicht kann mit dem Produkt Mixelec Mischung PFE 8.1, vertrieben von der Gesellschaft SOPRELEC S.A., ausgeführt werden, 18 Minuten lang bei Umgebungstemperatur für eine Fe&sub2;O&sub3;-Schicht von 150 nm Dicke.
Die übrige Struktur (isolierende Schichten, Gitter, elementare Quellen, ...) wird dann nach dem in der bereits zitierten Patentanmeldung beschriebenen Verfahren hergestellt (siehe Beschreibung der Abb. 5 und der folgenden Abbildungen in dieser Anmeldung).
Der Ladewiderstand ist der der Aluminiumschicht und beträgt ungefähr 75 Ω. Die Oberfläche einer Spalte beträgt 0,45 cm². Die Reaktionszeit ist also von der Größenordnung 0,15 us, mit einer Kapazität, die von der Größenordnung 4 nF/cm² bleibt.
Um den Wert jedes Widerstandes Ri zu berechnen, beobachtet man, daß die Bahnen des elektrischen Stromes, der die Kathodenleiter durchläuft, in der leitenden Schicht gelegen sind und in verschiedene entsprechende Mikrospitzen eintreten, wobei sie die Widerstandsschicht senkrecht zu dieser durchqueren. Der Widerstand Ri ist also gleich dem spezifischen Widerstand des Eisenoxids Fe&sub2;O&sub3; multipliziert mit der Dicke der Widerstandsschicht und geteilt durch die Oberfläche der Basis einer elementaren Elektronenquelle, was in diesem Fall einen Widerstand Ri von ungefähr 10&sup7; Ω ergibt.
Deshalb wird im Nominalbetrieb eine Mikrospitze von einem Strom von ungefähr 0,1 uA durchflossen, was einem Spannungsabfall von 1 V an Ri entspricht. Der Nominalbetrieb wird nicht gestört.
Mit einer Anregungsspannung von 100 V kann der Maximalstrom pro elementare Quelle 10 uA sein. Für die gesamte Emissionsfläche einer 1000 elementare Quellen enthaltenden Überkreuzungszone von 0,1 mm² wird der die leitende Schicht durchquerende Strom 10 mA betragen, was der zur Vermeidung des Durchbrennens zulässige Maximalwert ist. Dabei wird angenommen, daß die Gruppe der elementaren Quellen gleichzeitig den Maximalstrom liefert (d.h., daß die elementaren Quellen alle im Kurzschluß sind), was sehr wenig wahrscheinlich ist.
Wenn schließlich angenommen wird, daß für eine Spannung von 100 V eine Elementarquelle einen 10-mal größeren Strom als normal hat (1 uA an Stelle von 0,1 uA), dann wird der Spannungsabfall an Ri 10 V betragen, was die Emission der Elementarquelle um den Faktor 4 bis 5 herabsetzt und sie auf einen Wert von ungefähr 0,2 bis 0,3 uA bringt.
Man sieht gut den Homogenisationsef fekt des Widerstandes Ri; die übermäßig hellen Punkte werden unterdrückt.
Ein anderes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Quelle soll unter Bezug auf Abb. 6 beschrieben werden. Das Widerstandsmaterial ist vorteilhaft in diesem Beispiel geeignet dotiertes Silicium. Man verwendet eine Schicht dieses Materials, die zwischen den Kathodenleitern vorzugsweise nicht geätzt wird, da die Leckströme tolerierbar sind, die sie zwischen den Kathodenleitern verursacht.
So scheidet man beispielsweise auf einem Glassubstrat 2, das im allgemeinen mit einem Film von Siliciumdioxid 4, beispielsweise der Dicke 100 nm, überzogen ist, durch Kathodenzerstäubung eine erste Schicht 22 aus Aluminium von 200 nm Dicke und vom spezifischen Widerstand 3.10&supmin;&sup6; Ω.cm ab. Diese Aluminiumschicht wird anschließend geätzt, beispielsweise durch eine chemische Ätzung mit einer Lackmaske, um ein Netz von Streifen oder parallelen leitenden Schichten von 150 mm Länge und 300 um Breite zu erhalten, wobei der Zwischenraum zwischen zwei Streifen 50 um beträgt. Die Ätzung der Aluminiumschicht kann beispielsweise mit dem Bad, das im vorangehenden, zu Abb. 5 gehörenden Beispiel beschrieben wurde, ausgeführt werden. Eine Schicht 25 von beispielsweise mit Phosphor dotiertem Silicium von 500 nm Dicke und vom spezifischen Widerstand 5.10&sup4; Ω.cm wird anschließend auf dem Netz der leitenden Schichten durch Techniken der Abscheidung unter Vakuum abgeschieden.
Die übrige Struktur (isolierende Schichten, Gitter, elementare Quellen, ...) wird dann nach dem in der bereits zitierten Patentanmeldung beschriebenen Verfahren hergestellt.
Der Widerstand Ri beträgt hier 2,5.10&sup8; Ω. Er ist höher als im vorangehenden Beispiel, das unter Bezug auf Abb. 5 beschrieben wurde, mit der Folge, daß einerseits der Leckstrom, der von etwaigen Kurzschlüssen herrührt, verringert wird, andererseits der Einfluß auf die Homogenisierung der Emission größer ist.
In der Ausführungsform der Abb. 4 und 5 kann man natürlich solche Materialien verwenden, daß der Widerstand Ri ebenfalls von der Größenordnung 10&sup8; Ω ist, insbesondere durch die Verwendung von dotiertem Silicium.

Claims

1. Elektronenquelle, die umfaßt:

- erste parallele Elektroden (5), die die Rolle von kathodischen Leitern spielen, wobei jeder kathodische Leiter eine elektrisch leitende Schicht (22) umfaßt, deren eine Seite mehrere Mikrospitzen (12) aus einem elektonenemittierenden Material aufweist, und

- weite parallele Elektroden (10), die die Rolle von Gittern spielen, welche gegen die kathodischen Leiter (5) elektrisch isoliert sind und mit diesen einen Winkel bilden, der die Kreuzungsbereiche der kathodischen Leiter und der Gitter bestimmt, wobei sich die Mikrospitzen (12) unter diesen Kreuzungsbereichen befinden und die Gitter (10) außerdem gegenüber den genannten Flächen angeordnet sind und Jeweils von Löchern (14) gegenüber den Mikrospitzen durchbohrt sind, wobei sich die Spitze jeder Mikrospitze genau auf der Höhe des ihr entsprechenden Lochs befindet und wobei die Mikrospitzen jedes Kreuzungsbereichs in der Lage sind, Elektronen zu emittieren, wenn das entsprechende Gitter gegenuber dem entsprechenden kathodischen Leiter positiv polarisiert ist und dann ein elektrischer Strom in jeder Mikrospitze des Bereichs fließt,

Quelle, dadurch gekennzeichnet, daß jeder kathodische Leiter (5) außerdem Einrichtungen umfaßt, die dafür vorgesehen sind, die Stärke des in jeder Mikrospitze dieses kathodischen Leiters fließenden elektrischen Stromes zu begrenzen, wobei diese Einrichtungen eine zusammenhängende Widerstandsschicht (24, 25) umfassen, die auf der leitenden Schicht (22) des entsprechenden kathodischen Leiters (5) zwischen dieser leitenden Schicht und den entsprechenden Mikrospitzen (12) angeordnet ist, wobei diese letzteren auf der Widerstandsschicht (24, 25) liegen.

2. Quelle gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie mehrere zusammenhängende Widerstandsschichten (24) umfaßt, die jeweils auf den leitenden Schichten der Quelle angeordnet sind.

3. Quelle gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß diese mehreren Widerstandsschichten durch Ätzung zwischen den kathodischen Leitern aus einer einzigen zusammenhängenden Widerstandsschicht erhalten werden.

4. Quelle gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine einzige zusammenhängende Widerstandsschicht (25) umfaßt, die die gesamten leitenden Schichten der Quelle bedeckt.

5. Quelle gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede leitende Schicht (22) aus einem Material gefertigt ist, das aus der Gruppe gewählt wird, die Aluminium, mit Antimon oder Fluor dotiertes Zinnoxid, mit Zinn oder Niob dotiertes Indiumoxid enthält.

6. Quelle gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jede Widerstandsschicht (24, 25) aus einem Material gefertigt ist, das aus der Gruppe gewählt wird, die In&sub2;O&sub3;, SnO&sub2;, Fe&sub2;O&sub3;, ZnO und dotiertes Si enthält, und das einen höheren spezifischen Widerstand als das Material, das die leitende Schicht (22) bildet, hat.

7. Quelle gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der spezifische Widerstand jeder Widerstandsschicht (24, 25) etwa zwischen 10² Ohm cm und 10&sup6; Ohm cm liegt.

8. Bildwiedergabe-Anordnung, die auf Kathodolumineszenz beruht und die umfaßt:

- eine Elektronenquelle mit Mikrospitzen-Emissionskathoden und

- eine Kathodoluminiszenz-Anode (16), dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle konform mit einem der Ansprüche 1 bis 7 ist.